基于MPC7448的高端PowerPC常見問題解決方法

楊勁松

（中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第五十二研究所，浙江 杭州 310012）

MPC7448系列是飛思卡爾 （Freescale）PowerPC主處理器中目前已量產(chǎn)的最高端系列產(chǎn)品，秉承了以往的PowerPC系統(tǒng)高穩(wěn)定、高可靠、低功耗的特點(diǎn)，其主頻范圍為1 GHz～1.7 GHz，極大地提高了基于 PowerPC的嵌入式處理器的性能；同時(shí)有效地管理功率并改進(jìn)AltiVec吞吐量，帶有1 MB的L2高速緩存，使每瓦特功率獲得最佳的性能[1]。MPC7448最小系統(tǒng)在國(guó)外研究較早，幾乎與MPC7448樣片同步進(jìn)行。目前，以MPC7448為處理器的系統(tǒng)已應(yīng)用到高端通信、軍事及工控領(lǐng)域，如軟交換系統(tǒng)、無線基站控制器、雷達(dá)測(cè)控、聲納、火炮控制、電子對(duì)抗及氣象預(yù)測(cè)等。

在對(duì)系統(tǒng)運(yùn)算處理能力要求較高而希望功耗在比較理想范圍內(nèi)的高端應(yīng)用場(chǎng)合，可以讓兩個(gè)或者兩個(gè)以上的處理器以多處理器的方式協(xié)同工作。多處理器系統(tǒng)有不同的實(shí)現(xiàn)方式，總體上可以分為對(duì)稱多處理器系統(tǒng)和不對(duì)稱多處理器系統(tǒng)。對(duì)稱多處理器系統(tǒng)SMP的特點(diǎn)是運(yùn)行同一個(gè)操作系統(tǒng)，多個(gè)處理器共享地址空間，各處理器對(duì)軟件透明，由操作系統(tǒng)進(jìn)行資源分配以及負(fù)荷分擔(dān)。不對(duì)稱多處理器系統(tǒng)AMP的特點(diǎn)是各個(gè)處理器可以運(yùn)行相同的或不同的操作系統(tǒng)，各操作系統(tǒng)相對(duì)獨(dú)立，靜態(tài)負(fù)荷分擔(dān)[2]。

1 系統(tǒng)方案架構(gòu)

針對(duì)不同的應(yīng)用，以MPC7448為處理器的各種系統(tǒng)架構(gòu)基本類似，如圖1所示。其系統(tǒng)架構(gòu)通過橋片來擴(kuò)展總線及輸入輸出設(shè)備，系統(tǒng)的存儲(chǔ)器通過在北橋芯片Tis109上配置1 GB的板載DDR2 SDRAM作為整個(gè)系統(tǒng)的主要?jiǎng)討B(tài)存儲(chǔ)單元，為軟件提供運(yùn)行空間；系統(tǒng)還配置了兩片（可選）128 MB的Flash用作BOOT ROM及存放軟件。

2 常見問題概述

以下所列問題均以本公司某型號(hào)單MPC7448處理器的PowerPC產(chǎn)品為例。由于篇幅有限，這里只能列出在生產(chǎn)調(diào)試維修過程中出現(xiàn)頻率較高、具有一定典型性的幾個(gè)問題。下列所述問題并不包括此類MPC7448主控板在調(diào)試維修過程中所出現(xiàn)的全部問題。調(diào)試維修過程中系統(tǒng)平臺(tái)連接關(guān)系圖如圖2所示。

2.1 NVRAM損壞

故障現(xiàn)象：NVRAM讀寫異常。

圖1 MPC7448架構(gòu)示意圖

圖2 平臺(tái)連接關(guān)系圖

處理過程：此類問題可以利用JTAG仿真器，通過以下步驟來判斷NVRAM的好壞：

（1）打開 CodeWarrior IDE軟件，在 DEBUG目錄中點(diǎn)擊connect選項(xiàng)，待初始化文件7448_CETC52_init.cfg編譯完成；

（2）選擇 DATA目錄下的 View Memory選項(xiàng)，在彈出的窗口中address地址一欄里輸入0xEF000000，對(duì)NVRAM 內(nèi)的 32 KB（0xEF000000～0xEF007FFF）空間數(shù)據(jù)進(jìn)行讀寫測(cè)試；

（3）雙擊對(duì)應(yīng)地址中的數(shù)據(jù)對(duì)其進(jìn)行修改，如果鍵入的數(shù)據(jù)與顯示的數(shù)據(jù)不同，則重點(diǎn)檢查U13、U14是否短路、虛焊或者損壞。若鍵入數(shù)據(jù)正確，則右鍵選擇Refresh選項(xiàng)，刷新數(shù)據(jù)。如果發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)刷新后發(fā)生變化，而且其他地址中的數(shù)據(jù)同時(shí)發(fā)生變化，則可判斷NVRAM虛焊或損壞。

2.2 MPC7448或Tsi109損壞

故障現(xiàn)象：MPC7448或Tsi109無法正常連接。

處理過程：此類問題可以利用JTAG仿真器，通過如下步驟來判斷MPC7448或Tsi109好壞。

（1）關(guān)閉電源，將 USB-TAP一端接至 PC，一端接控制板 XS1（XS1的第 1腳靠近接插件 XS2），打開電源；

（2）在 PC 上打開 CodeWarrior IDE v8.8，在 File菜單中新建 Empty Project， 打開 Edit→XX Project Setting（XX為工程名）界面，在 Target Setting中選擇 Linker為EPPC Linux GNU Linker，點(diǎn)擊 Apply，RemoteDebugging 中Connection為CodeWarrior USB TAP，在EPPC Debugger中選擇7448處理器，配置初始化文件7448_CETC52_init.cfg，再點(diǎn)擊Apply。在Debug目錄中點(diǎn)擊connect選項(xiàng)，連接MPC7448，在詢問是否配置初始化文件時(shí)，選擇“Yes”。連接成功后，會(huì)跳出 Connected界面，可以看到指令地址指向0xFFF00100。若連接失敗，未出現(xiàn)詢問對(duì)話框，則可能是MPC7448出現(xiàn)問題。若出現(xiàn)對(duì)話框并選擇“Yes”后配置文件下載速度很慢、下載失敗或下載后顯示CPU無法停止等信息，則是MPC7448或Tsi109出現(xiàn)問題。

2.3 PCI設(shè)備無法被識(shí)別

故障現(xiàn)象：PCI設(shè)備無法被識(shí)別。

處理過程：這里的PCI設(shè)備包括通過橋芯片總線引出的轉(zhuǎn) 33 MHz PCI設(shè)備、PMC 64 bit×66 MHz插槽、PCI BUS 32 bit×33 MHz等設(shè)備。常見的問題如：所有 PCI均無法識(shí)別，或某些PCI總線設(shè)備正常而其他PCI設(shè)備不正常（常見設(shè)備有USB口、PCI設(shè)備、PMC載板等）。

總結(jié)：此問題如果是所有PCI設(shè)備均無法識(shí)別，說明Tsi109橋片工作可能出現(xiàn)了問題；如果是某些PCI總線設(shè)備正常而其他PCI設(shè)備不正常，這時(shí)可以圍繞某個(gè)或某些不正常PCI總線設(shè)備來確定。在處理過程中存在如芯片PCI2050BIGHK焊接存在虛焊、短路或者本身橋芯片有問題，或接口接插件本身問題等情況，這時(shí)首先可以排除PCI2050BIGHK橋芯片周圍排阻焊接問題，再根據(jù)原理圖量其周圍排阻值和正常板卡對(duì)比值是否存在誤差，如果有部分管腳阻值偏差比較大，基本確定為橋問題。在對(duì)植球BGA封裝的芯片重新植球或者更換時(shí)，要特別注意焊接工藝流程，如果板卡和芯片焊接前沒有根據(jù)其元件特性除濕，輕則可能會(huì)造成芯片損壞，嚴(yán)重可能會(huì)導(dǎo)致印制板焊腳脫落，直至整塊板卡報(bào)廢發(fā)生。

2.4串口無法打印信息

故障現(xiàn)象：串口無法打印信息。

處理過程：此類問題應(yīng)該說比較嚴(yán)重，出錯(cuò)的位置應(yīng)該在MPC7448端，而出錯(cuò)的數(shù)據(jù)可能剛好在BGA的最外圍，理論上重新回焊一遍就可以生成焊盤，不需要焊下重新植球。此時(shí)連接JATG仿真器，如果軟件連接正常則說明MPC7448故障可能性比較小，可能是Tis109橋芯片出問題了，不是虛焊的問題，這時(shí)直接更換Tis109橋芯即可。

2.5部分Flash地址無法擦寫

故障現(xiàn)象：部分Flash地址無法擦寫。

處理過程：此類問題在調(diào)試時(shí)可能發(fā)生，在Flash擦寫時(shí)，F(xiàn)lash的 0xf2000000～0xf2ffffff地址無法擦寫，其他地址空間正常。這時(shí)可以通過對(duì)軟件作相應(yīng)修改或者直接更換Flash來解決。如果發(fā)現(xiàn)全部為壞塊，則應(yīng)該直接更換處理。

3 舉例

為了更進(jìn)步說明調(diào)試及排故過程注意事項(xiàng)，下面著重舉一例（實(shí)際工作調(diào)試中發(fā)現(xiàn)的問題）加以說明。

故障現(xiàn)象：在對(duì)Flash燒寫內(nèi)核程序時(shí)，發(fā)現(xiàn)“內(nèi)存校驗(yàn)不成功”。

處理過程：通過最小系統(tǒng)排除法的方式來初步分析與判斷故障出現(xiàn)的范圍，以達(dá)到快速定位并分析解決的目的。首先，根據(jù)調(diào)試平臺(tái)確定除待調(diào)板卡外其他調(diào)試工裝及使用應(yīng)用軟件、仿真器、目標(biāo)代碼文件等是否正常；然后，測(cè)量其電源對(duì)地內(nèi)阻測(cè)試是否正常，如發(fā)現(xiàn)對(duì)地內(nèi)阻有異常現(xiàn)象或短路時(shí)（此時(shí)切記不能加電，以免帶來不可挽回的后果），應(yīng)該了解其原理先排除故障點(diǎn)，再進(jìn)行下步操作，此類問題相對(duì)較為簡(jiǎn)單，在這里就不加以說明；此時(shí)加電再測(cè)量其常備電壓和各關(guān)鍵點(diǎn)電壓是否均正常。本例中，利用CodeWarrior IDE軟件測(cè)試Flash、NVRAM以及內(nèi)存時(shí)，發(fā)現(xiàn)內(nèi)存高位地址有問題。

根據(jù)原理架構(gòu)，造成內(nèi)存無法校驗(yàn)的問題定位為Tis109橋芯片或者為內(nèi)存本身問題。通過讀取內(nèi)存地址判斷與分析，發(fā)現(xiàn)僅高2位有問題，進(jìn)一步定為內(nèi)存U35與Tis109橋芯片處問題。由于此塊MPC7448共計(jì)有8片內(nèi)存，每片用到8 bit數(shù)據(jù)線，共計(jì)64 bit數(shù)據(jù)總線，為了進(jìn)一步判斷是Tis109橋芯片還是內(nèi)存問題，可以斷開用于連接U35內(nèi)存的RP117和RP118兩個(gè)排阻，分別給于兩個(gè)排阻靠近Tis109橋芯片一個(gè)1.8 V的高電平，為了避免電壓有可能帶來的損壞，可串入兩個(gè)1 kΩ左右的電阻（此步驗(yàn)證結(jié)果如果全為F，則說明Tis109芯片沒有問題，反之此Tis109芯片有問題）。此時(shí)連接USB仿真器，使用CodeWarrior IDE軟件測(cè)試內(nèi)存，發(fā)現(xiàn)高位均為FF，證明Tis109橋芯片為正常，這時(shí)進(jìn)一步定位到U35問題。為了驗(yàn)證是U35芯片本身問題還是焊接問題，可以對(duì)U35重新人工植球后重新焊接，如果正常為焊接問題。通過上述驗(yàn)證發(fā)現(xiàn)故障現(xiàn)象相同，故對(duì)U35進(jìn)行了更換新的芯片處理。處理后再通過使用CodeWarrior IDE軟件測(cè)試內(nèi)存，發(fā)現(xiàn)高位均為FF，此時(shí)再去校驗(yàn)內(nèi)存通過。通過此例可以看出在了解其架構(gòu)的基礎(chǔ)上，再從大到小的定位過程。

就生產(chǎn)過程中遇到的問題而言，除了器件本身失效的問題，還有一些如工藝過程導(dǎo)致的問題以及外部因素及焊接上的問題。由于本板卡成本相對(duì)比較高，需要調(diào)試維修人員及使用人員在各個(gè)環(huán)節(jié)都要加以注意和保護(hù)。

[1]秦東明，朱大勇，張新麗，等.基于 MPC7447A單板計(jì)算機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].微計(jì)算機(jī)信息，2008（29）：43-46.

[2]張大波，吳迪，郝軍，等.嵌入式系統(tǒng)原理、設(shè)計(jì)與應(yīng)用[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2004.